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DE2359598B2 - Water-cooled lance for metallurgical furnaces - Google Patents

Water-cooled lance for metallurgical furnaces

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Publication number
DE2359598B2
DE2359598B2 DE2359598A DE2359598A DE2359598B2 DE 2359598 B2 DE2359598 B2 DE 2359598B2 DE 2359598 A DE2359598 A DE 2359598A DE 2359598 A DE2359598 A DE 2359598A DE 2359598 B2 DE2359598 B2 DE 2359598B2
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DE
Germany
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piston
lance
cooling water
tube
inner tube
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DE2359598A
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German (de)
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DE2359598A1 (en
DE2359598C3 (en
Inventor
Hellmuth Ing. Ebelsberg Smejkal (Oesterreich)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voestalpine AG
Original Assignee
Voestalpine AG
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Publication date
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Publication of DE2359598A1 publication Critical patent/DE2359598A1/en
Publication of DE2359598B2 publication Critical patent/DE2359598B2/en
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Publication of DE2359598C3 publication Critical patent/DE2359598C3/en
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42Constructional features of converters
    • C21C5/46Details or accessories
    • C21C5/4606Lances or injectors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)
  • Furnace Charging Or Discharging (AREA)

Description

FK S11Z(F1 -F2) -P11 +G+ F3- ρF K S 11 Z (F 1 -F 2 ) -P 11 + G + F 3 - ρ

worin FK die Fläche des «.olbens (20), PK den Kühlwasserdruck vor dem Kolben; F1 die lichte Querschnittsfläche des Außi. .irohres (2), F1 die äußere Querschnittsfläche des Innenrohres (1), P11 den Kühlwasserdruck im Bereich der Umlenkung des Lanzenkopfes, G das Gewicht des Innenrohres (1) samt Kolben (11), F3 den lichten Querschnitt der Leitung (19) bzw. den äußeren Querschnitt des Innenrohres (1) an seinem oberen Ende (14) und ρ den Gasdruck bedeuten.where F K is the area of the piston (20), P K is the cooling water pressure in front of the piston; F 1 is the clear cross-sectional area of the exterior. pipe (2), F 1 the outer cross-sectional area of the inner pipe (1), P 11 the cooling water pressure in the area of the deflection of the lance head, G the weight of the inner pipe (1) including piston (11), F 3 the clear cross-section of the line ( 19) or the outer cross section of the inner tube (1) at its upper end (14) and ρ denotes the gas pressure.

3. Lanze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite des Kolbens (11) ein Stift (21) befestigt ist, der einen mit einer Skala (24) zusammenwirkenden Zeiger (23) zur Messung der Längenänderung des Außenroh:res (2) aufweist.3. Lance according to claim 1 or 2, characterized in that on the top of the piston (11) a pin (21) is attached, the one with a scale (24) cooperating pointer (23) for Measurement of the change in length of the outer tube: res (2).

4. Lanze nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kolbenbewegung oberhalb des Kolbens (11) ein Raum (17) freigehalten ist, der mindestens eine Entlüftungsbohrung (18) aufweist.4. Lance according to claims 1 to 3, characterized in that for the piston movement A space (17) is kept free above the piston (11) and has at least one vent hole (18).

Die Erfindung betrifft eine wassergekühlte Lanze für metallurgische öfen, insbesondere Blaslanze für Sauerstoffaufblaskonverter, mit einem Innenrohr Tür die Zufuhr eines Gases, wie Sauerstoff, einem koaxialen Außenrohr und einem dazwischen angeordneten Leitrohr zur Führung und Umlenkung des Kühlwassers am Lanzenkopf, wobei der Lanzenkopf durch Schweißnähte mit dem Innen- und Außenrohr verbunden ist.The invention relates to a water-cooled lance for metallurgical furnaces, in particular a blowing lance for Inflating oxygen converter, with an inner tube door the supply of a gas, such as oxygen, a coaxial Outer tube and a guide tube arranged in between for guiding and redirecting the cooling water on the lance head, the lance head being connected to the inner and outer tube by welds is.

Wassergekühlte Lanzen dieser Art werden beispielsweise zum Aufblasen von Sauerstoff auf ein flüssiges Roheisenbad (DE-GM 7026215), für die Zufuhr flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe (AT-PSWater-cooled lances of this type are used, for example, for blowing oxygen onto a liquid Pig iron bath (DE-GM 7026215), for the supply of liquid or gaseous fuels (AT-PS

"· 287756) und für die kontinuierliche Messung der Temperatur schmelzflüssiger Bäder eingesetzt (AT-PS 298 831 und AT-PS 307 081). Diese Lanzen haben am unteren Ende Schweißnähte, die das Innenrohr und das Außenrohr mit dem Lanzenkopf inVigral ver-"· 287756) and used for the continuous measurement of the temperature of molten baths (AT-PS 298 831 and AT-PS 307 081). Have these lances at the lower end welds that connect the inner tube and the outer tube to the lance head in Vigral

i» binden. Bei Blaslanzen für die Zufuhr von Sauerstoff und/oder Heizgas bzw. -öl ist der Lanzenkopf in der Regel aus Kupfer hergestellt; er kann eine oder mehrere öffnungen für den Austritt von Gasen oder flüs sigen Brennstoffen aufweisen. Diese Schweißnähtei »bind. In the case of blowing lances for the supply of oxygen and / or heating gas or oil, the lance head is usually made of copper; it can have one or more openings for the exit of gases or liquid fuels. These welds

ι · sind sehr stark beansprucht, und es besteht die Gefahr des Aufreißens, wodurch in kurzer Zeit große Kühlwassermengen in das Innere des metallurgischen Ofens, z. B. Konverters, einfließen und dor* Knallgasexplosionen und ähnliche Verpuffungen hervorrufenι · are very heavily used, and there is a risk of tearing open, resulting in large amounts of cooling water in a short time into the interior of the metallurgical furnace, e.g. B. Converter, flow in and dor * oxyhydrogen explosions and cause similar deflagrations

-'" können. Auf den Schweißnähten lastet der Druck des Kühlwassers, das Eigengewicht des Innenrohres und - bei Blaslanzen — zusätzlich der Druck des zugeführten Sauerstoffes oder Brennstoffes.- '"can. The pressure of the is on the weld seams Cooling water, the dead weight of the inner pipe and - in the case of blowing lances - also the pressure of the supplied Oxygen or fuel.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lanze zu schaf-The object of the invention is to create a lance

y* fen, bei der diese Beanspruchungen der Schweißnähte während des Betriebes nicht auftreten bzw. kompensiert werden; es seil ihre Betriebssicherheit wesentlich verbessert und ihre Lebensdauer erhöht werden.
Erfindungsgemäß besteht die Lösung dieses Pro-
y * fen, in which these stresses on the weld seams do not occur or are compensated for during operation; their operational safety can be significantly improved and their service life increased.
According to the invention, the solution to this problem

«· blems darin, daß das Innenrohr an seinem oberen Teil einen mit einer Dichtung versehenen Kolben aufweist, der innerhalb der Wandung des Außenrohres axial verschiebbar und auf seiner Unterseite von Kühlwasser beaufschlagbar ist, wobei die Kolbenfläche so be-«· Blems that the inner tube at its upper part has a piston provided with a seal which axially within the wall of the outer tube is displaceable and can be acted upon by cooling water on its underside, the piston surface being

s. messen ist, daß die auf die Schweißnähte wirkende Belastung, zusammengesetzt aus auf die Schweißnähte zwischen Lanzenkopf und Innenrohr bzw. Außenrohr wirkendem Kühlwasserdruck, Eigengewicht des Innenrohres samt Kolben «owie gegebenenfallsSee measure is that the load acting on the welds, composed of on the welds Cooling water pressure acting between the lance head and inner pipe or outer pipe, dead weight of the inner tube including piston «or as appropriate

ti. auf die Schweißnähte wirkendem Gasdruck, im wesentlichen kompensiert wird.ti. gas pressure acting on the weld seams, essentially is compensated.

Die Kolbenfläche wird in Abhängigkeit von den anzuwendenden Drücken so dimensioniert, daßThe piston area is dimensioned depending on the pressures to be used so that

FK- ^iS(F1-F2)- P11+G + F3P F K - ^ iS (F 1 -F 2 ) - P 11+ G + F 3 P

worin FK die Fläche des Kolbens in cm2, P11 den Kühlwasserdruck vor dem Kolben, F1 die lichte Querschnittsfläche des Außenrohres in cm2, F2 die äußere Querschnittsfläciie des Innenrohres in cm2, P11 denwherein F is K, the surface of the piston in cm 2, P 11 the cooling water pressure before the piston, F 1, the internal cross-sectional area of the outer tube in cm 2, F 2, the outer Querschnittsfläciie of the inner tube in cm 2, P 11 the

in Kühlwasserdruck im Bereich der Umlenkung des Lanzenkopfes in kg/cm2, G das Gewicht des Innenrohres samt Kolben in kg, F} den lichten Querschnitt der Leitung bzw. den äußeren Querschnitt des Innenrohres an seinem oberen Ende in cm2 und ρ den Gas-in cooling water pressure in the area of the deflection of the lance head in kg / cm 2 , G the weight of the inner tube including the piston in kg, F } the clear cross-section of the line or the outer cross-section of the inner tube at its upper end in cm 2 and ρ the gas

Vi druck in kg/cm2 bedeuten.Vi mean pressure in kg / cm 2.

Vorteilhaft ist auf der Oberseite des Kolbens ein Stift befestigt, der einen mit einer Skala zusammenwirkenden Zeiger zur Messung der Längenänderung des Außenrohres aufweist.A pin which interacts with a scale is advantageously attached to the top of the piston Has pointer for measuring the change in length of the outer tube.

Wi Es kann die Lanze auch so ausgebildet werden, daß für die Kolbenbewegung oberhalb des Kolbens ein Raum freigehalten ist, der mindestens eine Entlüftungsbohrung aufweist.Wi The lance can also be designed so that a space is kept free for the piston movement above the piston, the at least one vent hole having.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an-An embodiment of the invention is an-

h-, hand der Zeichnung näher erläutert.h-, hand of the drawing explained in more detail.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Sauerstoffblaslanze im Vertikalschnitt und Fig. 2 gibt, ebenfalls im Vertikalschnitt, eine Einzelheit wieder, nämlich die Anord-Fig. 1 shows schematically an oxygen blowing lance in vertical section and Fig. 2 shows, also in vertical section, a detail again, namely the arrangement

nung eines Stiftes zur Messung der Längenänderung des Außenrohres.tion of a pen to measure the change in length of the outer tube.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Innenrohr aus Stahl für die Zufuhr von Sauerstoff bezeichnet; 2 ist ein Außenrohr aus gleichem Werkstoff und 3 ein Lanzenkopf aus Kupfer mit einer Austrittsöffnung 4. Der Lanzenkopf 3 ist durch Schweißnähte 5, 6 mit dem Innenbzw. Außenrohr verbunden. Zwischen Innenrohr und Außenrohr ist ein Kühlwasserumlenk- bzw. Leitrohr 7 angeordnet; 8 und 9 sind Anschlüsse für die Kühlwasserzu- bzw. -abfuhr. Die Strömungsrichtung des Kühlwassers ist durch Pfeile gekennzeichnet. Durch den auf die Fläche 10 wirkenden Kühlwasserdruck, dersich aus dem Produkt von Kühlwasserdruck und der Fläche Fx-F2 errechnet, wobei F1 der lichte Querschnitt des Außenrohres 2 oberhalb des Lanzenkopfes 3 und F2 der äußere Querschnitt des Innenrohres. 1 oberhalb der Schweißnaht 5 ist, werden die Schweißnähte 5 und 6 stark beansprucht. Außerdem lastet auf der Schweißnaht 6 das Eigengewicht des Innenrohres 1; das Eigengewicht des Düsenkopfes 3. dessen Längserstreckung im Vergleich zu der des Innenrohres sehr klein ist, kann bei dieser Betrachtung vernachlässigt werden. Ein zusätzlicher Druck wird erzeugt durch das Produkt von Sauerstoffdruck - gemessen in der Zufuhrleitung 19 - und der Fläche F3, wobei F3 der lichte Querschnitt der Leitung 19 bzw. der äußere Querschnitt des Innenrohres 1 an seinem oberen Ende 14 ist.In Fig. 1, 1 denotes an inner tube made of steel for the supply of oxygen; 2 is an outer tube made of the same material and 3 is a lance head made of copper with an outlet opening 4. Outer pipe connected. A cooling water deflection or guide tube 7 is arranged between the inner tube and the outer tube; 8 and 9 are connections for the cooling water supply and drainage. The direction of flow of the cooling water is indicated by arrows. By the cooling water pressure acting on the surface 10, which is calculated from the product of the cooling water pressure and the surface F x -F 2 , where F 1 is the clear cross section of the outer tube 2 above the lance head 3 and F 2 is the outer cross section of the inner tube. 1 is above the weld 5, the welds 5 and 6 are heavily stressed. In addition, the weight of the inner tube 1 rests on the weld seam 6; the dead weight of the nozzle head 3, the length of which is very small compared to that of the inner tube, can be neglected in this consideration. An additional pressure is generated by the product of the oxygen pressure - measured in the supply line 19 - and the area F 3 , F 3 being the clear cross section of the line 19 or the outer cross section of the inner tube 1 at its upper end 14.

Erfindungsgemäß wird die Summe dieser Drücke und Kräfte kompensiert durch einen Kolben 11, der im Bereich des oberen Endes 14 des Innenrohres J angeordnet, d. h. an diesem befestigt ist und es ringförmig umgibt. Mit 12 ist eine Ringdichtung zum Abdichten des Kolbens 11 gegenüber der Innenwand 13 des Außenrohres 2 bezeichnet; der Kolben 11 ist zusammen mit dem Innenrohr 1 axial verschiebbar, wenn sich das Außenrohr 2 als Folge einer Wärmeeinwirkung dehnt. Das obere Ende 14 ist innerhalb eines Rohrstückes 15 verschiebbar gelagert und durch Ringdichtungen 16 gegenüber letzterem abgedichtet, so daß kein Sauerstoff von der Leitung 19 in das Kühlwasser gelangen kann und umgekehrt. Mit 17 ist ein für die Kolbenbewegung erforderlicher Raum 17 bezeichnet, der mindestens eine Bohrung 18 zur Entlüftung aufweist. Die Bohrung 18 dient auch zur Kontrolle der Funktion der Dichtungen 12,16; man kann feststellen, ob durch diese Bohrungen 18 Sauerstoff oder Kühlwasser ausfließt. Die vom Kühlwasser beaufschlagte untere Kolbenfläche 20 wird erfindungsgemäß so groß bemessen, daß das Produkt (Kühlwasserdruck - gemessen vor dem Kolben - mal Fläche 20) gleich oder größer ist als das Produkt (Kühlwas-According to the invention, the sum of these pressures is and forces compensated by a piston 11, which in the area of the upper end 14 of the inner tube J arranged, d. H. is attached to this and surrounds it in a ring. With 12 is a ring seal for sealing of the piston 11 denotes opposite the inner wall 13 of the outer tube 2; the piston 11 is together axially displaceable with the inner tube 1 when the outer tube 2 is as a result of the action of heat stretches. The upper end 14 is slidably mounted within a pipe section 15 and through Ring seals 16 sealed against the latter, so that no oxygen from the line 19 into the cooling water can reach and vice versa. With a space 17 required for the piston movement is designated, which has at least one bore 18 for ventilation. The hole 18 is also used for control the function of the seals 12, 16; one can determine whether 18 oxygen is supplied through these holes or cooling water flows out. The lower piston surface 20 acted upon by the cooling water is according to the invention dimensioned so large that the product (cooling water pressure - measured in front of the piston - times the area 20) is equal to or greater than the product (cooling water

n serdruck mal [F1-F2])+ das Produkt (Sauerstoffdruck - gemessen in der Leitung 19 - mal F3) + das Eigengewicht des Innenrohres 1. Bei Einhaltung dieser Beziehung sind die Schweißnähte 5, 6 nicht belastet, und dieser Zustand bleibt während des Betriebesn serpressure times [F 1 -F 2 ]) + the product (oxygen pressure - measured in line 19 - times F 3 ) + the dead weight of the inner pipe 1. If this relationship is observed, the welds 5, 6 are not loaded, and this state remains during operation

-'" voll erhalten, d. h. die Wärmedehnung des Außenrohres 2 hat keinen Einfluß auf >en auf den Kolben- '"fully preserved, i.e. the thermal expansion of the outer tube 2 has no effect on the piston

11 wirkenden Kühiwasserdruck.11 effective cooling water pressure.

In Fig. 2 ist mit 21 ein exzentrisch am Kolben 11 befestigter Stift bezeichnet, der in einer Büchse 22In FIG. 2, reference numeral 21 denotes a pin which is fastened eccentrically to the piston 11 and which is in a sleeve 22

- > aus Bronze oder Kunststoff geführt ist, und ins Freie hinausragt. 23 ist ein Zeiger, der auf einer Skala 24 die Kolbenbewegung bzw. die Dehnung des Außenrohres 2 direkt anzeigt; mit dieser Anzeige kann -wie an sich bekannt - der Blasprozeß gesteuert bzw. über--> is made of bronze or plastic and protrudes into the open. 23 is a pointer which is on a scale 24 indicates the piston movement or the expansion of the outer tube 2 directly; with this ad can -like known per se - the blowing process is controlled or over-

i'' wacht werden. 25 ist eine Halterung für die Dichtungi '' be awake. 25 is a holder for the seal

12 des Kolbens 11, und der Kolben 11 ist seinerseits durch einen am Innenrohr 1 angeschweißten Flansch am Oberteil 14, der einen Gegenflansch 27 aufweist, mittels Schrauben lösbar befestigt. Mit 28 sind weitere12 of the piston 11, and the piston 11 in turn is through a flange welded to the inner tube 1 on the upper part 14, which has a counter flange 27, is releasably attached by means of screws. At 28 there are more

!"> ringförmige Dichtungen für den Kolben 11 bezeichnet. ! "> denotes annular seals for the piston 11.

Die erfindungsgemäße Lanze ist einfach in ihrer Bauweise, Reparaturen sind leicht und schnell durchführbar. The lance according to the invention is simple in its construction, repairs can be carried out easily and quickly.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Wassergekühlte Lanze für metallurgische öfen, insbesondere Blaslanze für Sauerstoffaufblaskonverter, mit einem Innenrohr für die Zufuhr eines Gases, wie Sauerstoff, einem koaxialen Außenrohr und einem dazwischen angeordneten Leitrohr zur Führung und Umlenkung des Kühlwassers am Lanzenkopf, wobei der Lanzenkopf durch Schweißnähte mit dem Innen- und Außenrohr verbunden ist,dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr an seinem oberen Teil (14) einen mit einer Dichtung (12) versehenen Kolben (11) aufweist, der innerhalb der Wandung (13) des Außenrohres (2) axial verschiebbar und auf seiner Unterseite (20) vom Kühlwasser beaufschlagbar ist, wobei die Kolbenfläche so bemessen ist, daß die auf die Schweißnähte (5, 6) wirkende Belastung, zusammengesetzt aus auf die Schweißiiähte (5, a) zwischen Lanzenbopf (3) und Innenrohr (1) bzw. Außenrohr (2) wirkendem Kiihlwasserdruck, Eigengewicht des Innenrohres (1) samt Kolben (11) sowie gegebenenfalls auf die Schweißnähte wirkendem Gasdruck, im wesentlichen kompensiert wird.1.Water-cooled lance for metallurgical furnaces, especially blowing lance for oxygen converters, with an inner tube for the supply of a gas such as oxygen, a coaxial outer tube and a guide tube arranged between them for guiding and redirecting the cooling water on the lance head, the lance head being welded to the inner and outer tube is connected, characterized in that the inner tube at its upper part (14) a having a piston (11) provided with a seal (12) which is inside the wall (13) of the outer tube (2) axially displaceable and acted upon by the cooling water on its underside (20) is, the piston area is dimensioned so that that acting on the welds (5, 6) Load, composed of on the weld seams (5, a) cooling water pressure acting between the lance head (3) and inner pipe (1) or outer pipe (2), Dead weight of the inner tube (1) including the piston (11) and, if necessary, the gas pressure acting on the weld seams, essentially is compensated. 2. Lanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenfläche in Abhängigkeit von den anzuwendenden Drücken der Beziehung folgt:2. Lance according to claim 1, characterized in that the piston surface as a function of the pressures to be applied to the relation follows:
DE2359598A 1973-11-27 1973-11-29 Water-cooled lance for metallurgical furnaces Expired DE2359598C3 (en)

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DE2359598A1 DE2359598A1 (en) 1975-06-05
DE2359598B2 true DE2359598B2 (en) 1979-05-31
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AT331285B (en) 1976-08-10
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ZA747031B (en) 1975-11-26
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